JP3225756B2 - 振動子とこれを用いたヨーレイトセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦振動を起こし得る振
動片を有する振動子とこれを用いたヨーレイトセンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】振動状態にある振動片がその振動の方向
と直交する軸の回りに回転すると、その回転角速度によ
り振動片にはコリオリの力が作用する。このコリオリの
力は角速度に依存して定まることから、コリオリの力を
振動片の撓み変位量等として間接的に、或いは圧電素子
の圧電効果により直接的に測定して、振動片の角速度を
求めることができる。このため、振動する振動片を車両
等に搭載して、車両旋回時に発生するヨーレイトを検出
したり車両の走行軌跡を記録することが行なわれてい
る。

【０００３】このような振動子の一例として、特表平４
−５０４６１７には対となる振動片を音叉型に構成した
振動子が、実開平１−８１５１４にはＨ字型の振動子が
提案されている。そして、これらの各振動子では、振動
片は所定の軸、例えばｘ軸方向の横振動の励振状態にお
かれており、当該横振動が起きているｘ−ｙ平面と直交
するｚ軸がヨーレイト軸とされている。従って、振動子
の振動片がこのヨーレイト軸回りに回転すると、コリオ
リの力により振動片にはｙ軸方向の横振動が引き起こさ
れ、この横振動の振動状態からヨーレイトの検出が行な
われている。

【０００４】これら公報に提案された振動子では、コリ
オリの力の検出感度を向上させるために、次のように技
術が提案されている。例えば、特表平４−５０４６１７
では、励振対象となる振動片についてのｘ軸方向の横振
動の共振周波数と、検出対象となる振動片についてのｙ
軸方向の横振動の共振周波数とが一致するよう質量調整
することが提案されている。そして、この質量調整の一
手法として、実開平１−８１５１４には、各振動片に調
整用ウェイトをくびれ部を介して一体に設け、各振動片
の共振周波数を測定しつつ各調整用ウェイトを溶融除去
する技術が提案されている。なお、励振対象となる振動
片と検出対象となる振動片との間で各方向の共振周波数
を一致させることが必要なのは、次のような理由によ
る。

【０００５】ｘ軸方向に横振動するよう励振されている
振動片に角速度に起因するコリオリの力がｙ軸方向に加
わると、この振動片の運動は単一方向（ｘ軸方向）の横
振動から回転運動に変化する。この際、振動片はその自
由端が撓んだ状態で回転運動を起こす。この回転運動を
ｘ軸とこれに直交するｙ軸のベクトルに分解すると、当
該回転運動はｘ軸方向の横振動である励振振動とｙ軸方
向の横振動である検出振動に分けられる。そして、コリ
オリの力の検出感度を上げるためには、検出振動として
の横振動の振幅を極力大きくして振動片の撓み変位量を
大きくすることが効果的である。このため、コリオリの
力による検出振動の振幅を最大の振幅とすべく、検出振
動としての横振動の共振周波数を励振振動としての横振
動の共振周波数に一致させればよいのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように質量調整する方法では、共振周波数の測定と特
定箇所の溶融除去処理とを平行して行なわなければなら
ない。また、溶融除去した質量を測定することができな
い。このため、その調整作業は煩雑であった。

【０００７】しかも、振動片を２個以上としたとき、一
般に各振動片にはｘ軸方向の共振周波数ｆｘｉ（添え字
ｉは振動片を意味する）とｙ軸方向の共振周波数ｆｙｉ
が存在し、これらの４個以上の共振周波数が互いに関係
し合う。このため、従来の技術では共振周波数の調整を
行うと励振振動の共振周波数と検出振動の共振周波数と
を独立に調整することが必要となり困難である。即ち、
各振動片のｘ軸方向の共振周波数ｆｘｉとｙ軸方向の共
振周波数ｆｙｉ、これらの４個以上の共振周波数が互い
に複雑に変化するため、共振周波数の調整は容易ではな
く高度の熟練を要するという問題があった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、振動子における励振振動の共振周波数と検出振動
における共振周波数の調整作業の簡略化を図ることをそ
の目的とする。また、周波数の調整を経た振動子を用い
たヨーレイトセンサの検出感度の向上を図ることをも目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた本発明の振動子の採用した手段は、直交す
る第１の軸と第２の軸と第３の軸のうち該第１の軸に沿
った伸縮に基づく縦振動が可能で、且つ前記第２の軸に
沿ったすべり振動または曲げ振動の横振動が可能な振動
片と、前記縦振動と横振動のうちいずれか一方向の振動
を励起振動として前記振動片に励起させる励振手段であ
って、前記振動片を前記第２の軸と前記第３の軸を含む
平面で左右に分割した際の左右の振動片部に前記励起振
動が逆向きに励起するよう、前記励起振動を励起する前
記励振手段と、前記振動片における前記縦振動と前記横
振動のうち前記励起振動とは異なる振動の振動状態を、
前記振動片における前記左右の振動片部から検出振動と
して検出する検出手段とを備え、前記振動片は、前記励
起振動の共振周波数と前記検出振動の共振周波数のいず
れか一方を変更することなく他方の共振周波数を調整す
る形状調整を受けて、前記励起振動と前記検出振動の共
振周波数が略同一とされていることをその要旨とする。

【００１０】また、本発明のヨーレイトセンサの採用し
た手段は、前記第１の軸と前記第２の軸の両軸ともヨー
レイト軸に直交するよう請求項１ないし請求項３いずれ
か記載の振動子を配置して備え、前記振動片における前
記左右の振動片部に前記縦振動を逆向きに励起振動とし
て励起させる励起手段と、前記振動片における前記左右
の振動片部での前記横振動の振動状態を検出する検出手
段と、該検出手段によって検出された振動状態に基づい
て、ヨーレイトを演算する演算手段とを備えたことをそ
の要旨とする。

【００１１】

【作用】上記構成を有する本発明の振動子では、振動片
の縦振動の共振周波数は、その振動が第１の軸に沿った
伸縮に基づく縦振動であるがために、この縦振動方向に
沿った振動子全体としての長さに依存して定まる。そし
て、振動片の縦振動は、第２の軸に沿ったすべり振動ま
たは曲げ振動といった横振動とは異質の振動なので、こ
の振動片が横振動する際の振動状態になんら影響を与え
ない。つまり、振動片の横振動（第２の軸に沿ったすべ
り振動や曲げ振動）は、この振動片の縦振動の影響を受
けることがない。そして、振動片の横振動の共振周波数
は、この横振動方向に沿った振動子全体としての幅に依
存して定まる。

【００１２】従って、振動片についての縦振動の共振周
波数と横振動の共振周波数とを一致或いは近似させる作
業は、振動子全体としての縦振動方向に沿った長さと横
振動方向に沿った幅の調整で済む。

【００１３】この本発明の振動子にあっては、振動片に
縦振動又は横振動のいずれかの振動を励起振動として励
起する。そして、この振動片を定常的な縦振動又は横振
動の状態におくので、振動子の回転に伴うコリオリの力
の発生を可能とする。このため、このコリオリの力によ
り、振動片に上記した励起振動に直交する方向の横振動
又は縦振動を引き起こすことができる。

【００１４】ここで、共振周波数の調整作業の様子につ
いて、理想モデルを用いて説明する。振動片の第１の軸
に沿った伸縮に基づく縦振動は、まっすぐな一様断面
（縦×横＝ａ×ｂ）の棒の縦振動に近似できる。そし
て、この棒の縦振動の共振周波数ｆｘは、下記の式で
表わされる。

【００１５】ｆｘ＝(λ／２π・ｌ)√(Ｅ／ρ) …

【００１６】ここで、λは境界条件と振動モードによっ
て定まる無次元の係数，Ｅは縦弾性係数，ρは密度，ｌ
は棒の長さである。この縦弾性係数Ｅおよび密度ρは振
動片の材料を規定すれば自ずから定まる値であるので、
式における変数は、ｌのみとなる。

【００１７】一方、振動片の横振動は、すべり振動や曲
げ振動であることから、まっすぐな一様断面（縦×横＝
ａ×ｂ）の梁におけるこうした横振動に近似できる。そ
して、この梁の横振動の共振周波数ｆｙは、下記の式
で表わされる。

【００１８】 ｆｙ＝(λ² ／２π・ｌ² )√(Ｅ・Ｉ／Ａ・ρ) …

【００１９】ここで、λは境界条件と振動モードによっ
て定まる無次元の係数，Ｅは縦弾性係数，Ｉは断面二次
モーメント，Ａは断面積，ρは密度，ｌは梁の長さであ
る。ここで、この横振動を起こす加振力が梁の横から加
わったとすると、断面二次モーメントＩは、ａ・ｂ³ ／
１２となり、断面積Ａはａ・ｂであることから式は式
に変形できる。

【００２０】 ｆｙ＝(λ² ／２π・ｌ² )√(Ｅ・(ａ・ｂ³ ／１２)／(ａ・ｂ)・ρ) ＝(λ² ／２π・ｌ² )√(Ｅ・ｂ² ／１２・ρ) ＝(λ² ・ｂ／２π・ｌ² )√(Ｅ／１２・ρ) …

【００２１】この式にあっても、縦弾性係数Ｅおよび密
度ρは振動片の材料を規定すれば自ずから定まる値であ
るので、式における変数は、ｂとｌである。

【００２２】従って、まずｌを定めて、式から振動片
の縦振動の共振周波数ｆｘを規定し、その後、振動片の
横方向の幅ｂを調整すれば横振動の共振周波数ｆｙのみ
を独立に変化させ、ｆｘ＝ｆｙとすることができる。よ
って、コリオリの力が作用して振動片に横振動又は縦振
動のいずれかの振動が引き起こされると、振動片はコリ
オリの力による振動と共振して大きな振幅で横振動又は
縦振動を起こす。このため、横振動又は縦振動による振
動片の撓み変位量を大きくすることができる。そして、
この引き起こされた横振動又は縦振動の振動状態を検出
子で検出することで、コリオリの力の検出感度を上げる
ことが可能となる。

【００２３】この場合、振動片の横方向の幅ｂの調整
は、切削，研磨等の適宜な機械加工を行なったり、蒸
着，スパッタリング，ＣＶＤ等の薄膜形成処理を施すこ
とで行なうことができる。そして、調整の良・不良は、
振動片の横方向の幅を測定することで確認できる。

【００２４】なお、振動子を構成する振動片について
は、縦振動を起こし得るものであれば材質的な制約を特
に受けない。例えば、ステンレス，鉄ニッケル系の合
金，恒弾性体合金などの種々の金属のほか、水晶，ＰＺ
Ｔなどの誘電体やシリコンなどの半導体、および粉末燒
結体，結晶体，セラミックス等を用いて、振動片を形成
することができる。

【００２５】また、振動片を振動（縦振動又は横振動の
いずれかの振動）させる励振手段については、振動片の
材質等を考慮して適宜な構成を選択すればよい。例え
ば、振動片が金属、水晶，半導体等の結晶体、ガラスや
セラミック等を用いて形成されていれば、ピエゾ素子
（ＰＺＴ）等の圧電素子を用い、当該素子の逆圧電効果
により振動片を振動させればよい。また、振動片が水
晶，半導体等の結晶体やセラミック等の圧電効果を有す
る材料を用いて形成されていれば、電極を用いて当該振
動片自体の逆圧電効果により振動片を振動させればよ
い。一方、振動片に引き起こされた振動の振動状態を検
出する検出手段については、ピエゾ素子（ＰＺＴ）等の
圧電素子や電極を介した圧電効果や、誘導磁力や容量電
荷の変化により検出する構成を採ることができる。

【００２６】本発明のヨーレイトセンサでは、請求項１
又は請求項２記載の振動子を配置するに当たり、振動片
の縦振動の振動方向および横振動の振動方向とヨーレイ
ト軸とが直交するようにした。そして、励振手段により
振動片を定常的な縦振動の状態におく。このため、この
振動片がヨーレイト軸回りに回転すると、コリオリの力
が発生するので、振動片にはこのコリオリの力により横
振動が引き起こされる。この引き起こされた横振動の振
動状態は振動子の検出手段で検出され、その検出信号に
基づいて、本発明のヨーレイトセンサは、演算手段によ
りヨーレイトを演算する。ところで、振動片の横振動の
共振周波数ｆｙは縦振動の共振周波数ｆｘと一致してい
ることから、コリオリの力により引き起こされた横振動
を振動片が起こす際には、振動片は共振により大きな振
幅で横振動してその撓み変位量は大きくなる。よって、
コリオリの力、延いてはヨーレイトを感度良く検出でき
る。しかも、本発明のヨーレイトセンサでは、振動片を
前記第２の軸と前記第３の軸を含む平面で左右に分割し
た際の左右の振動片部に縦振動を逆向きに励起するの
で、コリオリの力によりこの左右の振動片部に引き起こ
される横振動の振動の向きを逆向きとできる。このた
め、ヨーレイトセンサでは、第３の軸の軸回りの回転に
基づかない外乱が左右の振動片部に作用しても、この外
乱を左右の振動片部からの検出出力に逆向きに重畳させ
る。

【００２７】

【実施例】次に、本発明に係るヨーレイトセンサの好適
な実施例について、図面に基づき説明する。図１は、実
施例のヨーレイトセンサ１０の概略斜視図である。図示
するように、ヨーレイトセンサ１０は、振動子１２を一
対の固定体１４に固定・支持して備える。振動子１２
は、その中央に位置し固定体１４に支持体１６で支持さ
れた振動片１８と、振動片１８両端の各端面に接着され
た励振子２０，２２と、この励振子に接着された検出子
２４，２６とを備える。

【００２８】振動片１８は、鉄−ニッケル−クロム合金
であるいわゆるエランバー材の板材から形成されてお
り、恒弾性を有する。そして、この振動片１８を支持体
１６と溶接することで、或いは固定体１４，支持体１６
および振動片１８を一体に形成することで、振動子１２
は、固定体１４に支持体１６により固定・支持される。

【００２９】励振子２０，２２は、圧電素子であるピエ
ゾ素子であり、交流電圧の印加を後述の励振回路３０か
ら受けて伸縮し、図示する３次元の直交座標軸における
ｘ軸方向に沿った縦振動を起こす。そして、励振子２
０，２２は、図中の白抜き矢印で示すように、振動片１
８をこの縦振動で励振する。なお、励振子２０，２２に
よる振動片１８の励振の様子については、後述する。

【００３０】検出子２４，２６は、同じく圧電素子であ
るピエゾ素子であり、その伸縮に応じた交流電圧の電気
信号を生じる。即ち、振動子１２の平面図である図２に
示すように、検出子２４，２６は、振動片１８をｙ軸に
沿って分割した際の左方振動片部１８ａ，右方振動片部
１８ｂがｙ軸方向に沿って横振動すると、その振動に伴
って伸縮する。そして、この検出子２４，２６は、各検
出子の伸縮の程度である左方振動片部１８ａ，右方振動
片部１８ｂのｙ軸方向の横振動の振幅に応じた交流電圧
の電気信号を、圧電効果により生じる。検出子２４，２
６から得られる交流電圧の電気信号は、それぞれ後述の
検出バランス調整回路３８に出力される。

【００３１】次に、このヨーレイトセンサ１０の回路構
成について説明する。振動子１２における励振子２０，
２２のそれぞれは励振回路３０に、検出子２４，２６の
それぞれは検出側回路３７に接続されている。

【００３２】検出側回路３７は、振動子１２の検出子２
４，２６からその圧電効果により生じる電気信号（交流
電圧）の位相の調整を行なう検出バランス調整回路３８
と、検出バランス調整回路３８により調整された電気信
号の出力レベルを増幅する増幅回路４０と、交流電圧で
ある電気信号の負の部分を反転して正電圧とし、整流作
用をはたす同期検波回路４２と、正電圧化された電気信
号を整流電圧の電気信号とする積分回路４４と、整流電
圧の電気信号の出力レベルを増幅する増幅出力回路４６
とから構成される。

【００３３】励振回路３０からは、励振子２０と励振子
２２とに、左方振動片部１８ａ，右方振動片部１８ｂの
ｘ軸方向の縦振動の共振周波数ｆｘと一致する周波数の
交流電圧が１８０度位相をずらして印加される。よっ
て、励振子２０と励振子２２とは、励振子２０が−ｘ方
向に伸びるときには励振子２２は＋ｘ方向に伸びるよ
う、また、励振子２０が＋ｘ方向に縮むときには励振子
２２は−ｘ方向に縮むよう、ｘ軸方向に沿って逆圧電効
果により電圧に応じた伸縮を逆向きに起こす。この結
果、振動片１８の左方振動片部１８ａ，右方振動片部１
８ｂは、共振周波数ｆｘの周波数でｘ軸方向に縦振動
し、両振動片部の縦振動の向きは逆となる。

【００３４】この縦振動は、振動子１２が振動片１８の
中央で固定体１４に固定支持されていることから断面一
様の棒の縦振動に近似できる。つまり、左方振動片部１
８ａ，右方振動片部１８ｂは、振動片１８の中央を振動
の節とし、且つ振動子１２全体としてのｘ軸方向長さｌ
ｘ（図２参照）を１／２波長とする縦振動を起こす。そ
して、この際の共振周波数ｆｘは、弾性係数等の定数を
除くと、振動子１２全体としてのｘ軸方向長さｌｘ（図
２参照）で規定される。

【００３５】このように、振動片１８の左方振動片部１
８ａ，右方振動片部１８ｂがｘ軸方向の縦振動を継続し
ているときに、ヨーレイトセンサ１０にｘ−ｙ平面に直
交するｚ軸の回りに回転角速度ωが作用すると、左方振
動片部１８ａ，右方振動片部１８ｂは以下の数式で表わ
されるコリオリの力Ｆをｙ軸に沿って受ける。つまり、
このヨーレイトセンサ１０では、図１に示したｚ軸がヨ
ーレイト軸とされている。

【００３６】Ｆ＝２ｍＶ・ω

【００３７】ここで、ｍは左方振動片部１８ａ，右方振
動片部１８ｂの質量、Ｖはそれぞれの振動片部の回転速
度である。

【００３８】このため、左方振動片部１８ａ，右方振動
片部１８ｂは、図２中に二点鎖線で示すように、このコ
リオリの力Ｆによりｙ軸に沿った横振動たるすべり振動
を起こす。しかも、左右の振動片部では縦振動の振動の
向きが逆であることから、すべり振動の振動の向きも逆
となる。

【００３９】このすべり振動は、振動子１２が振動片１
８の中央で固定体１４に固定支持されていることから断
面一様の梁の縦振動に近似できる。つまり、左方振動片
部１８ａ，右方振動片部１８ｂは、振動子１２全体とし
てのｙ軸方向幅ｗｙ（図２参照）と振動子１２の厚みｔ
（図１参照）と弾性係数等の定数とで規定される共振周
波数ｆｙで逆向きにすべり振動する。なお、この厚みｔ
を所定の値に定めらば、このすべり振動の共振周波数ｆ
ｙは、振動子１２全体としてのｙ軸方向幅ｗｙで規定さ
れる。

【００４０】このように左方振動片部１８ａ，右方振動
片部１８ｂがコリオリの力Ｆを受けてｙ軸に沿ってすべ
り振動（横振動）すると、検出子２４，２６は、この振
動に伴って伸縮し、各素子の圧電効果により各素子の伸
縮に応じた電圧の電気信号を生じる。この電気信号は、
各素子の伸縮を反映したものであるので、交流の電気信
号であるとともに、伸縮が大きくなれば大きな出力レベ
ルの電気信号となる。この際、検出子２４，２６はその
伸び或いは縮みの向きが互いに逆となるよう伸縮する。
このため、検出子２４，２６の生じる電気信号は、図３
に示すように、位相が１８０度異なる交流電圧となる。

【００４１】左右の振動片部の検出子２４，２６から得
られた電気信号は、検出バランス調整回路３８に入力さ
れ、この検出バランス調整回路３８では、各検出子から
の電気信号の位相が揃えられる。増幅回路４０では、電
気信号の出力レベルが増幅される。同期検波回路４２で
は、交流電圧である電気信号が励振回路３０の参照信号
と同期して検波され正電圧の電気信号とされる。積分回
路４４では、正電圧化された電気信号は整流電圧の電気
信号となる。整流電圧の電気信号は、増幅出力回路４６
により増幅されて出力される。つまり、コリオリの力Ｆ
による振動片１８のｙ軸に沿ったすべり振動の振動状態
を反映した電気信号が、検出側回路３７の検出バランス
調整回路３８等を経てリニアな出力信号として得られ
る。この出力信号は、ヨーレイトセンサ１０がｚ軸回り
に回転した際の回転角速度ωの方向とその大きさを表わ
すヨーレイト信号となる。このため、ヨーレイトセンサ
１０を車両に搭載すれば、車両の旋回方向とその単位時
間当たりの大きさを検出することができる。

【００４２】ところで、本実施例のヨーレイトセンサ１
０では、振動子１２の形成に当たり、次のようにした。
つまり、まず、振動片１８に用いたエランバー材や励振
子２０，検出子２４等の弾性係数等の定数と、振動子１
２全体としてのｘ軸方向長さｌｘとに基づいて、左方振
動片部１８ａ，右方振動片部１８ｂが縦振動する際の共
振周波数ｆｘを求めた。続いて、振動子１２全体として
のｙ軸方向幅ｗｙを切削等の方法により調整してすべり
振動（横振動）の共振周波数ｆｙのみを独立に変化さ
せ、ｆｘ＝ｆｙとした。このようにすべり振動の共振周
波数ｆｙのみを独立に変化できるのは、左方振動片部１
８ａ，右方振動片部１８ｂの振動が縦振動と横振動の異
質の振動であることによる。

【００４３】以上説明したように、本実施例のヨーレイ
トセンサ１０では、左方振動片部１８ａ，右方振動片部
１８ｂに振動を励起してこれら振動片部を定常的な振動
状態に置く際の励起振動を縦振動とし、コリオリの力が
作用して引き起こされる検出振動を、この縦振動とは異
質な振動であるすべり振動（横振動）とした。しかも、
本実施例のヨーレイトセンサ１０では、エランバー材か
らなる振動片１８や圧電素子である励振子２０，検出子
２４等を有する振動子１２について、その全体としての
ｘ軸方向長さｌｘやｙ軸方向幅ｗｙの寸法をその設計段
階で規定して振動子１２を形成し、その後ｙ軸方向幅ｗ
ｙを調整するだけで、この縦振動の共振周波数ｆｘと横
振動の共振周波数ｆｙを一致させることができる。この
場合、蒸着，スパッタリング，ＣＶＤ等の薄膜形成処理
を施すことにより、ｙ軸方向幅ｗｙや厚みｔを容易に調
整することもできる。

【００４４】よって、本実施例のヨーレイトセンサ１０
によれば、振動子１２における励起振動たる振動片１８
の縦振動の共振周波数ｆｘと検出振動たるすべり振動
（横振動）の共振周波数ｆｙの調整するに当たり、測定
が容易なｙ軸方向幅ｗｙの調整を必要とするに過ぎな
い。この結果、本実施例のヨーレイトセンサ１０によれ
ば、励起振動の共振周波数と検出振動の共振周波数の調
整作業を簡略化することができる。

【００４５】この場合、設計段階で定めたｘ軸方向長さ
ｌｘやｙ軸方向幅ｗｙ通りに振動子１２の形成しただけ
でも、縦振動の共振周波数ｆｘとすべり振動（横振動）
の共振周波数ｆｙとは、ある程度一致している。よっ
て、ｙ軸方向幅ｗｙを僅かに調整するだけでよく、場合
によっては、その調整をも必要としない。

【００４６】また、本実施例のヨーレイトセンサ１０で
は、振動子１２における励起振動たる振動片１８の縦振
動の共振周波数ｆｘと検出振動たるすべり振動（横振
動）の共振周波数ｆｙとを一致させた。このため、振動
片１８がすべり振動を起こす際に振動の共振現象をもた
らして、すべり振動の振幅を大きくし振動片の撓み変位
量を大きくすることができる。よって、本実施例のヨー
レイトセンサ１０によれば、ヨーレイトの検出感度を向
上することができる。

【００４７】また、本実施例のヨーレイトセンサ１０で
は、振動片１８の左方振動片部１８ａ，右方振動片部１
８ｂにおける縦振動の振動の向きを逆にして、コリオリ
の力によりこの左右の振動片部に引き起こされるすべり
振動の振動の向きも逆とした。このため、ヨーレイトセ
ンサ１０では、ｚ軸回りの回転に基づかない外乱、例え
ばこのヨーレイトセンサ１０を搭載した車両に路面勾配
等により作用する横加速度等の外乱を、図３中に点線で
示すように、左方振動片部１８ａと右方振動片部１８ｂ
とで検出子２４，２６の電気信号に逆向きに重畳させ
る。よって、本実施例のヨーレイトセンサ１０によれ
ば、これら外乱を相殺して、ヨーレイトの検出感度をよ
り向上させることができる。

【００４８】次に、本発明にかかる他の実施例（第２実
施例）について説明する。この第２実施例では、上記し
たヨーレイトセンサ１０と振動子の支持の様子と、検出
振動の検出子の設置位置が異なる。なお、以下の説明に
当たっては、ヨーレイトセンサ１０と同一の構成部材に
ついては同一の符号を用いてその説明を省略することと
する。

【００４９】第２実施例のヨーレイトセンサ５０は、そ
の概略斜視図である図４に示すように、振動子５２をそ
の上下で一対の固定体５４に固定・支持して備える。こ
の振動子５２は、その中央に位置し固定体５４に支持体
５６で支持された振動片５８と、振動片５８両端の各端
面に接着された励振子２０，２２と、振動片５８の上下
面にそれぞれ接着された検出子５４ａ，５４ｂおよび検
出子５７ａ，５７ｂとを備える。そして、このヨーレイ
トセンサ５０では、励振子２０，２２により振動片５８
をｘ軸方向の縦振動で励振し、振動片５８の上下面と平
行でｘ軸と直交するｚ軸をヨーレイト軸とする。

【００５０】なお、励振子２０，２２による振動片５８
の励振の様子は、ヨーレイトセンサ１０と同一である。
また、検出子５４ａ，５４ｂおよび検出子５７ａ，５７
ｂは、圧電素子であるピエゾ素子であり、その伸縮に応
じた交流電圧の電気信号を生じる点でヨーレイトセンサ
１０と変わることはない。

【００５１】従って、第２実施例のヨーレイトセンサ５
０では、支持体５６を挟んだ左右の左方振動片部５８
ａ，右方振動片部５８ｂをｘ軸方向の縦振動の振動状態
におき、ｚ軸の回りに回転角速度ωが作用すると、左方
振動片部５８ａ，右方振動片部５８ｂに、側面図である
図５に示すように、ｙ軸方向に沿った横振動を引き起こ
す。そして、この横振動を検出子５４ａ，５４ｂおよび
検出子５７ａ，５７ｂにより検出し、ヨーレイトを求め
る。

【００５２】その一方で、この第２実施例のヨーレイト
センサ５０にあっても、振動片５８が縦振動する際の共
振周波数ｆｘと横振動の共振周波数ｆｙとは、振動子５
２全体としてのｘ軸方向長さｌｘと振動子５２のｙ軸方
向厚みｔｙとによりを調整されている。なお、図におけ
る振動子１２のｘ軸方向長さｌｘやｙ軸方向厚みｔｙは
誇張されており、これらの比は実際の寸法比を反映した
ものではない。

【００５３】つまり、第２実施例のヨーレイトセンサ５
０では、振動子５２全体としてのｘ軸方向長さｌｘと振
動子５２のｙ軸方向厚みｔｙの寸法をその設計段階で規
定して振動子５２を形成し、縦振動の共振周波数ｆｘを
規定する。その後、振動子５２のｙ軸方向厚みｔｙを調
整すれば横振動の共振周波数ｆｙを独立に変更できるの
で、縦振動の共振周波数ｆｘと横振動の共振周波数ｆｙ
を一致させることができる。

【００５４】よって、本実施例のヨーレイトセンサ５０
によれば、振動子５２における励起振動たる振動片５８
の縦振動の共振周波数ｆｘと検出振動たる横振動の共振
周波数ｆｙを調整するに当たり、測定が容易なｙ軸方向
厚みｔｙの調整を必要とするに過ぎない。この結果、本
実施例のヨーレイトセンサ５０によっても、励起振動の
共振周波数と検出振動の共振周波数の調整作業を簡略化
することができる。

【００５５】また、本実施例のヨーレイトセンサ５０に
あっても、共振周波数の一致化を通して振動片５８が横
振動を起こす際に振動の共振現象をもたらし、ヨーレイ
トの検出感度を向上することができる。

【００５６】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【００５７】例えば、本実施例では、振動片に縦振動を
励起させ横振動を検出するようにしたが、これに限るわ
けではない。つまり、振動片に横振動（すべり振動）を
励起させ縦振動を検出するよう構成することもできる。

【００５８】また、本実施例では、ヨーレイトセンサ１
０をエランバー材なる軽合金を用いたが、これに限るわ
けではない。つまり、ヨーレイトセンサ１０の振動子１
２における振動片１８を単結晶体である水晶の板材（水
晶基板）をエッチングして形成することもできる。この
場合には、水晶自体が圧電効果を有するので、ｘ軸方向
に定常的に縦振動させる電極と、横振動を検出するため
の電極とを、適宜なパターンで形成すればよい。

【００５９】また、第１実施例のヨーレイトセンサ１０
において、振動片１８に引き起こされた横振動を検出す
る検出子を、図１に示すように、振動片１８の側面１９
ａ，１９ｂに設けることもできる。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の振動子で
は、直交する第１と第２の２軸のうち該第１の軸に沿っ
た伸縮に基づく縦振動が可能で、且つ前記第２の軸に沿
ったすべり振動または曲げ振動の横振動が可能な振動片
を、励振手段により定常的な縦振動の状態におき、この
縦振動とは異質な振動である横振動を検出信号して検出
手段により検出する。或いは、振動片を定常的な横振動
の状態におき、この横振動とは異質な振動である縦振動
を検出振動して検出することとした。そして、縦振動方
向に沿った振動子全体としての長さに依存する縦振動の
共振周波数と、横振動方向に沿った振動子全体としての
幅に依存して定まる横振動の共振周波数とを、振動子全
体としての長さと振動子全体としての幅とを調整するこ
とで一致させることができる。この結果、本発明の振動
子によれば、溶融除去等による煩雑な質量調整を要しな
いので、励起振動の共振周波数と検出振動の共振周波数
の調整作業を簡略化することができる。

【００６１】本発明のヨーレイトセンサでは、振動片の
縦振動の振動方向および横振動の振動方向とヨーレイト
軸とが直交するようにして、振動子の回転に伴うコリオ
リの力の発生を可能とする。そして、このコリオリの力
により、振動片に横振動を引き起こすことができる。こ
のため、請求項１ないし請求項３いずれか記載の振動子
が励起振動たる縦振動の共振周波数と検出振動たる横振
動の共振周波数の調整済みであることから、本発明のヨ
ーレイトセンサでは、振動片に横振動が引き起こされた
際に縦振動との共振を可能として大きな振幅で横振動さ
せることができる。この結果、本発明のヨーレイトセン
サによれば、横振動による振動片の撓み変位量の増大を
通してヨーレイトの検出感度の向上を図ることができ
る。しかも、本発明のヨーレイトセンサでは、振動片を
前記第２の軸と前記第３の軸を含む平面で左右に分割し
た際の左右の振動片部に縦振動を逆向きに励起して、コ
リオリの力によりこの左右の振動片部に引き起こされる
横振動の振動の向きを逆向きとした。このため、第３の
軸の軸回りの回転に基づかない外乱が左右の振動片部に
作用しても、この外乱を左右の振動片部からの検出出力
に逆向きに重畳させるので、これら外乱を相殺して、ヨ
ーレイトの検出感度をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１実施例のヨーレイトセンサ
１０の概略構成図。

【図２】ヨーレイトセンサ１０における振動子１２の平
面図。

【図３】ヨーレイトセンサ１０から得られる出力の様子
を説明する説明図。

【図４】第２実施例のヨーレイトセンサ５０の要部の概
略構成図。

【図５】ヨーレイトセンサ５０における振動子５２の側
面図。

【符号の説明】

１０…ヨーレイトセンサ １２…振動子 １４…固定体 １８…振動片 １８ａ…左方振動片部 １８ｂ…右方振動片部 ２０，２２…励振子 ２４，２６…検出子 ３０…励振回路 ３７…検出側回路 ３８…検出バランス調整回路 ４０…増幅回路 ４２…同期検波回路 ４４…積分回路 ４６…増幅出力回路 ５０…ヨーレイトセンサ ５２…振動子 ５４…固定体 ５４ａ，５４ｂ…励振子 ５７ａ，５７ｂ…検出子 ５８…振動片 ５８ａ…左方振動片部 ８８ｂ…右方振動片部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交する第１の軸と第２の軸と第３の軸
   のうち該第１の軸に沿った伸縮に基づく縦振動が可能
   で、且つ前記第２の軸に沿ったすべり振動または曲げ振
   動の横振動が可能な振動片と、 前記縦振動と横振動のうちいずれか一方向の振動を励起
   振動として前記振動片に励起させる励振手段であって、
   前記振動片を前記第２の軸と前記第３の軸を含む平面で
   左右に分割した際の左右の振動片部に前記励起振動が逆
   向きに励起するよう、前記励起振動を励起する前記励振
   手段と、 前記振動片における前記縦振動と前記横振動のうち前記
   励起振動とは異なる振動の振動状態を、前記振動片にお
   ける前記左右の振動片部から検出振動として検出する検
   出手段とを備え、前記振動片は、前記励起振動の共振周波数と前記検出振
   動の共振周波数のいずれか一方を変更することなく他方
   の共振周波数を調整する形状調整を受けて、前記励起振
   動と前記検出振動の共振周波数が略同一とされているこ
   とを特徴とする振動子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動子であって、 前記形状調整は、前記第２の軸に沿った振動片寸法を調
   整するものである、振動子。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の振動子を用
   いたヨーレイトセンサであって、前記第１の軸と前記第２の軸の両軸ともヨーレイト軸に
   直交するよう請求項１又は請求項２記載の振動子を配置
   して備え、 前記振動片における前記左右の振動片部に前記縦振動を
   逆向きに励起振動として励起させる励起手段と、 前記振動片における前記左右の振動片部での前記横振動
   の振動状態を検出する検出手段と、 該検出手段によって検出された振動状態に基づいて、ヨ
   ーレイトを演算する演算手段とを備えたことを特徴とす
   るヨーレイトセンサ。